Инжиниринг систем автоматизации в соответствии со стандартом МЭК 61850
Релейная защита и автоматизация, №1/2013 г.
Орлов Леонид Леонидович, директор направления автоматизации подстанций ЗАО «РТСофт», Сергеев Константин Анатольевич, главный специалист АСУ ТП подстанций ЗАО «РТСофт».
В статье представлен практический опыт внедрения АСУ ТП и РЗА с поддержкой технологии МЭК 61850, демонстрирующий, что во многих случаях оптимальным принципом системного инжиниринга является сочетание методов «сверху вниз» и «снизу вверх». Такой подход обеспечивает возможность комбинирования в одном проекте интеллектуальных устройств различных производителей, а также сокращение трудозатрат на внедрение, наладку и последующие модификации АСУ ТП энергообъектов.
Введение
В настоящее время роль стандарта МЭК 61850 в автоматизации энергообъектов во всем мире все более возрастает. Один из основополагающих разделов этого стандарта посвящен описанию базовых принципов системного инжиниринга и управления проектами. Реализация инжиниринга цифровых систем в соответствии с МЭК 61850-6 ([1], [2]) должна производиться одним из следующих методов:
- Методом, условно называемым «сверху вниз» (top-down engineering), при котором за основу для конфигурирования системы принимается однолинейная схема ПС и требуемые функции РЗА и АСУ ТП;
- Методом «снизу вверх» (bottom-up engineering), при котором отправной точкой считаются функциональные возможности уже выбранных Заказчиком устройств РЗА и АСУ ТП;
- В ряде случаев оптимальным представляется комбинированный подход с использованием заранее подготовленных сконфигурированных шаблонов.
В настоящей статье рассматриваются вопросы выбора оптимального подхода к инжинирингу с точки зрения их практической реализуемости в реальных проектах в настоящее время и в ближайшей перспективе.
Сравнительный анализ подходов к инжинирингу по МЭК 61850-6
С точки зрения конечного пользователя, использование МЭК 61850 сегодня должно обеспечивать достижение следующих целей:
- Функциональность системы, максимально отвечающую требованиям Заказчика;
- Снижение затрат на создание и дальнейшую эксплуатацию систем РЗА и АСУ ТП (в том числе за счет упрощения интеграции и обеспечения совместимости оборудования РЗА и АСУ ТП различных производителей);
- Возможность простого и экономически эффективного расширения ранее поставленных систем при будущих расширениях или реконструкциях ПС;
- Сокращение затрат на содержание собственного оперативного и инженерного персонала (за счет снижения трудозатрат и требований к квалификации технических специалистов Заказчика).
Основной фактор, сдерживающий освоение технологии МЭК 61850, – это недостаточное количество технических специалистов – экспертов по МЭК 61850 в штате сетевых компаний. Целесообразность же расширения штата подобными экспертами для руководителей сетевых компаний неочевидна.
С точки зрения стандарта МЭК 61850-6 более предпочтителен и перспективен инжиниринг по методу «сверху вниз». Данный подход был уже опробован в Западной Европе в рамках пилотных и коммерческих проектов. Некоторые из первых мультивендорных проектов, в которых инжиниринг выполнен в основном по методу «сверху вниз», реализованы компанией Sprecher Automation в Нидерландах еще в 2009 г. В соответствии с требованиями Заказчика, обеспечена совместимость инструментальных средств ПТК АСУ ТП с ПО конфигурирования системы (SCT) независимого производителя. Для реализации полноценного инжиниринга «сверху вниз» контроллеры присоединений SPRECON-E-C и устройства РЗА поддерживают гибкую модель данных и настраиваемую адресацию. Имеется сертификат KEMA на данную реализацию гибкой модели данных в этих устройствах. Все вышеуказанные возможности включены в состав ПТК SMART-SPRECON производства ЗАО «РТСофт» и применяются на энергообъектах в России. ПТК SMART-SPRECON не только тесно интегрирован с ПО конфигурирования системы SCT, но и может применяться совместно с инженерным ПО других независимых производителей.
Вместе с тем следует отметить, что на сегодняшний день инжиниринг реальных проектов по методике «сверху вниз» в полном объеме (см. рис. 1) практически невозможен.
Дело в том, что в реализации инжиниринга «сверху вниз» необходимо активнейшее участие Заказчика. На стадии проектирования силами Заказчика (или подрядчика, с обязательным согласованием со стороны Заказчика) должна составляться спецификация подстанции, в которой описывается необходимый функционал устройств. Для этого необходимо использовать только программные продукты, независимые от производителей оборудования РЗА и АСУ ТП. Готовая спецификация подстанции должна в рамках конкурсных процедур передаваться производителям оборудования, и те, в соответствии со спецификацией, должны предлагать интеллектуальные электронные устройства. В реальности такого не происходит, поскольку у Заказчика, как правило, нет достаточного количества экспертов в области стандарта МЭК 61850.
Кроме того для конфигурирования устройств различных производителей в любом случае используются их собственные инструментальные средства. Интеграция данных конфигураторов с общесистемными инструментальными средствами недостаточно формализована в рамках первой редакции стандарта МЭК 61850-6 и в различной степени реализована в ПО различных производителей. Продукты и инструментальные средства некоторых производителей (например, устройства SIEMENS серии SIPROTEC 4) на текущий момент реализованы по принципу «снизу вверх», сочетают в себе функциональность конфигуратора устройств и частично конфигуратора системы и не поддерживают процесс инжиниринга «сверху вниз».
Программные продукты, независимые от производителей оборудования, существуют (например, ПО «H&S SCT», «Atlan» и др.), но в большинстве случаев фирменное ПО для конфигурирования устройств с ними несовместимо и требует доработки или дополнительной работы по интеграции.
В мае 2012 года организация VLPGO, в которую входят крупнейшие мировые энергетические компании, также отметила, что реализация систем с поддержкой протоколов стандарта МЭК 61850 требует значительных усилий по их проектированию и наладке, что обусловлено отсутствием полноценных независимых программных продуктов для проектирования систем. Специалисты вынуждены использовать частные инструменты, предлагаемые каждым отдельным производителем, что затруднительно в условиях использования парка устройств различных фирм. [3]
Таким образом, с одной стороны, Заказчик считает необходимым использование стандарта МЭК 61850 на своих подстанциях, но, с другой стороны, не обладает достаточными для этого кадровыми ресурсами, а реально существующие на рынке продукты не поддерживают инжиниринг по методу «сверху вниз».
В сегодняшних реальных проектах средства конфигурирования системы должны поддерживать не только подход «сверху вниз», но и «снизу вверх», а также возможность различных комбинаций этих подходов в одном проекте.
В каждом конкретном проекте тот или иной подход должен выбираться исходя из:
- выбора производителей оборудования АСУ ТП и РЗА, и, соответственно, их поддержки того или иного метода инжиниринга;
- необходимости обмена данными между устройствами разных производителей по технологии GOOSE;
- наличия экспертов по стандарту МЭК 61850 у Заказчика.
Сложившаяся ситуация послужила стимулом для компаний «РТСофт» и Sprecher Automation к созданию концепции упрощенного инжиниринга. Эта концепция позволяет удовлетворить потребности Заказчика, не требуя при этом от него глубоких познаний в стандарте. В ней реализована упрощенная процедура создания модели данных устройств АСУ ТП и интеграции устройств любых производителей, поддерживающая различные форматы SCL-файлов, а также простой механизм интеграции в ПТК АСУ ТП устройств, не поддерживающих МЭК 61850.
Благодаря этому появляется возможность свободного выбора оборудования РЗА различных производителей даже в рамках одного проекта и его простой интеграции в АСУ ТП, что позволяет создавать экономически более эффективные решения.
Практический опыт создания РЗА и АСУ ТП в соответствии с МЭК 61850
На ряде объектов филиала ОАО «ФСК ЕЭС» – МЭС Востока (ПС 220кВ «Широкая», «Спасск», «Береговая» и др.) компания «РТСофт» использовала подход к инжинирингу «снизу вверх» (см. рис. 2), что было обусловлено использованием в этих проектах устройств РЗА и контроллеров присоединений производства SIEMENS. Основные этапы инжиниринга АСУ ТП ПС в данной конфигурации были следующими:
- создание конфигурации РЗА в ПО DIGSI, на выходе которого генерировался SCD-файл конфигурации подстанции;
- импорт SCD-файла в инструментальное ПО АСУ ТП для обеспечения информационного обмена между РЗА SIEMENS и ПТК SMART-SPRECON.
Таким образом, в ряде случаев конфигурационное ПО, предоставляемое производителем устройств РЗА, может использоваться в качестве ПО для конфигурирования системы в целом.
Крупнейший проект, выполненный таким образом, – это ПС 220/110/35/10кВ Спасск. Общее количество устройств РЗА и контроллеров присоединений серии SIPROTEC 4, интегрированных в ПТК АСУ ТП, – 127 шт.
Один из первых и крупнейших проектов, в котором применяется РЗА производства «Экра» с поддержкой МЭК 61850, – это ПС 220 кВ Борская МЭС Волги. Используется ПТК АСУТП SMART-SPRECON производства «РТСофт». Подход к инжинирингу по МЭК 61850 – комбинированный (см. рис. 3).
Устройства РЗА конфигурируются индивидуально собственным специальным программным обеспечением, на выходе которого для каждого отдельного устройства генерируется CID-файл конфигурации. Наличие заранее сконфигурированных устройств присуще методике инжиниринга «снизу-вверх». В то же время конфигурации контроллеров присоединений SPRECON-E-C и системы в целом создаются в ПО конфигурирования системы (SCT), что соответствует методике инжиниринга «сверху-вниз».
В составе ПТК АСУ ТП ПС 220/110/10 кВ «Борская» более 30 контроллеров присоединений. Предусматривается интеграция более 100 устройств РЗА.
ПС 220 кВ Амур МЭС Востока – первый проект, который будет выполнен по технологии упрощенного инжиниринга. В составе ПТК АСУ ТП более 20 контроллеров присоединений, более 50 других ИЭУ. Предусматривается интеграция более 70 устройств РЗА по МЭК 61850.
Заключение
Инжиниринг по принципу «сверху вниз» в перспективе сможет предоставить пользователю больше преимуществ, но на сегодняшний день, в силу рассмотренных ограничений, для использования в реальных проектах более эффективным представляется комбинированный подход с применением средств упрощенного инжиниринга.
На сегодняшний день ПТК SMART-SPRECON поддерживает все перечисленные методы, что позволяет легко интегрировать оборудование РЗА различных производителей и сократить общие затраты на создание и эксплуатацию систем РЗА и АСУ ТП ПС.
